CN103594132A - 核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于核电站堆芯安全系统领域，公开了一种核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法和系统。上述方法包括以下步骤，将图像获取装置移动至目标燃料组件上方，通过图像获取装置获取目标燃料组件的实际位置图像，将目标燃料组件的实际位置图像与工业机中的标准参照进行对比，通过工业机计算目标燃料组件的实际坐标与标准参照的差值，得到偏差尺寸。上述系统包括图像获取装置和工业机。本发明所提供的一种核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法和系统，其可高效、准确地测量燃料组件上管座的实际位置与标准理论位置的偏差，以及时发现异常情况，并可在异常情况及时进行检测和检查，有效地规避了风险，安全可靠性高。

Description

核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法和系统

技术领域

本发明属于核辐射安全与监测技术领域，尤其涉及一种核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法和系统。

背景技术

核辐射安全与监测技术领域中，堆芯是核辐射安全与监测的关键点，堆芯中的燃料组件在热膨胀、辐照生长、辐照蠕变、相邻组件间的机械作用等综合影响下，燃料组件将产生弯曲变形。例如：

1．燃料组件的压紧弹簧的压紧力过大是造成燃料组件弯曲的主要因素；

2．辐照会导致燃料组件刚度降低，寿期末的燃料组件，其横向刚度和轴向刚度仅相当于寿期初的燃料组件的一半左右，是造成燃料组件弯曲的因素之一；

3．燃料组件的辐照生长和辐照蠕变也可导致燃料组件产生弯曲变形；

4．相邻组件间的机械作用，堆芯内燃料组件的弯曲变形量不同，由于受到空间的约束，燃料组件在格架处施加相互的作用力而导致燃料组件变形。

5．在运行中，燃料组件导向管间不同的辐照生长，由于热梯度和中子注量梯度，导向管间与燃料棒间的不同生长，以及格架弹簧的不同松弛，导致了燃料组件产生弯曲的现象。

6．另外，燃料组件在制造过程中存在制造误差，格架的骨架组装和燃料棒拉棒可能会导致组件变形，但这种变形保持在很小的范围，弯曲变形的量级为1mm。

由此可看出，燃料组件在使用过程中不可避免地存在弯曲变形的情况，导致堆芯中燃料组件的上管座发生偏移或扭转的现象，燃料组件的上管座的实际位置与标准理论位置在水平面XY方向上位置不同，导致上管座中导向孔的实际位置与堆芯的上部构件中导向销的实际位置产生一定的偏差，这个偏差值超过一定的范围时，在回装上部构件时，导向销难以顺利、准确地卡入燃料组件上管座中的导向孔内，上部构件的导向销与燃料组件上管座中的导向孔之间产生卡涉的现象，而这种干涉在上部构件安装到位时难以发现；在下一轮换料大修起吊上部构件的过程中，有可能会将卡涉的燃料组件带起来，带来极大的风险。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法和系统，其可高效、准确地测量燃料组件上管座的实际位置与标准理论位置的偏差，以及时发现异常情况，并可在异常情况及时进行检测和检查，有效地规避了风险，安全可靠性高。

本发明的技术方案是：一种核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法，包括以下步骤，将图像获取装置沉入堆芯的冷却水中并将图像获取装置移动至目标燃料组件上方，通过图像获取装置拍摄堆芯中目标燃料组件的上管座以获取目标燃料组件的实际位置图像，将目标燃料组件的实际位置图像与工业机中的标准参照进行对比，通过工业机计算目标燃料组件的实际坐标与标准参照的差值，得到目标燃料组件的实际位置与理论基准位置的偏差尺寸。

具体地，于将所述图像获取装置沉入堆芯的冷却水中之前，先将所述图像获取装置的成像中心调整至与所述图像获取装置的物理中心点重合。

具体地，于将所述图像获取装置沉入堆芯的冷却水中之前，操控装料机的夹爪夹持于与图像获取装置中的支撑架上，由装料机的夹爪带动所述支撑架和图像获取装置。

具体地，所述装料机的夹爪理论坐标与所述图像获取装置的成像中心点重合。

具体地，于获取目标燃料组件的实际位置图像之前，所述图像获取装置以所述堆芯围板的一个转角的物理坐标为参照原点进行零点标定，并于工业机中产生堆芯虚拟理论坐标线，确定各燃料组件的理论坐标位并形成标准参照。

具体地，在进行零点标定后，保持图像获取装置的高度不变，将所述图像获取装置移动至目标燃料组件的上方，对目标燃料组件的上管座进行拍照，将拍照获得的实际位置图像中目标燃料组件的边框线与标准参照的边框线对比，得出目标燃料组件上管座的最终实际偏移量。

具体地，将所述图像获取装置移动至目标燃料组件上方后，所述工业机读取所述图像获取装置的目前坐标位，并提取目标燃料组件的理论坐标位，使所述图像获取装置的目前坐标位与理论坐标位重合。

具体地，于获取目标燃料组件的实际位置图像之后，通过所述工业机截取实际位置图像中上管座的上管座成像范围。

具体地，于获取目标燃料组件的实际位置图像之前，先对所述图像获取装置进行标定，标定包括以下步骤，获取摄像机标定位图，对图像进行二值化处理，对图像进行中值滤波，对图像进行闭运算，对图像进行点阵特征提取和校正。

具体地，于所述图像获取装置获取目标燃料组件的实际位置图像后，使实际位置图像中的目标燃料组件上管座的导向孔处于预定区域内，对预定区域进行模板匹配。

本发明还提供了一种核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统，包括用于拍摄堆芯中目标燃料组件上管座并获取目标燃料组件上管座实际位置图像的图像获取装置、用于将所述实际位置图像与标准参照进行对比并根据对比结果计算出燃料组件上管座的实际位置偏差的工业机，所述图像获取装置通过线缆连接于所述工业机。

具体地，所述图像获取装置包括水下摄像机和支撑架，所述水下摄像机固定连接于所述支撑架；所述支撑架的外形与装料机的夹爪相匹配；所述水下摄像机的成像中心与所述装料机的夹爪的理论坐标重合。

进一步地，所述支撑架上固定设置有照明灯具，所述核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统还包括用于控制所述照明灯具的照明灯控制器。

进一步地，所述支撑架上设置有用于防止图像获取装置与堆芯中围板或燃料组件相干涉的防撞保护装置，所述防撞保护装置包括凸出于所述支撑架外周壁且可控制所述装料机的拨扭开关，所述拨扭开关电连接于所述装料机的控制器。

具体地，所述支撑架的外形呈矩形状，所述拨扭开关设置有四个且分设于所述支撑架外形的转角处，所述拨扭开关包括拨杆，所述拨杆与所述支撑架相应转角处两个侧面之间的夹角均大于90度。

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法和系统，其可高效、准确地测量燃料组件上管座的实际位置与标准理论位置的偏差，以及时发现异常情况，并可在异常情况及时进行检测和检查，为后续堆芯的上部构件回装及其他操作提供依据，必要时可对相关的燃料组件进行更换或进行重新装载等其他相关操作。避免了上管座中导向孔与堆芯的上部构件中导向销之间的位置偏差过大，使上部构件中导向销可以顺利地卡入上管座中导向孔，防止上部构件的导向销与燃料组件上管座中的导向孔之间产生卡涉的现象；在吊起上部构件时，不会因上管座相对标准坐标位置偏移过大而使燃料组件被上部构件带起，规避了风险，安全可靠性高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统的剖面视图；

图3是本发明实施例提供的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统的仰视图；

图4是本发明实施例提供的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统的主视图；

图5是本发明实施例提供的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统的侧视图；

图6是本发明实施例提供的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统的平面示意图；

图7是本发明实施例提供的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统的剖面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的一种核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法，包括以下步骤，将图像获取装置沉入堆芯的冷却水中并将图像获取装置移动至目标燃料组件上方，图像获取装置可包括防水且抗辐射的摄影机或摄相机，本实施例中，可采用光电耦合元件尺寸为三分之一英寸的高耐辐射摄像机，采用焦距为9mm的定焦镜头。当然，可以理解地，也可以采用其它合适参数或规格的摄像机。

将图像获取装置沉入堆芯的冷却水中并将图像获取装置移动至目标燃料组件上方之后，通过图像获取装置拍摄堆芯中目标燃料组件的上管座以获取目标燃料组件的实际位置图像，拍摄目标燃料组件的实际位置图像时，图像获取装置可识别并记录相关坐标信息，以与此坐标下的标准参照作对比。所谓标准参照，是指以在标准状态下中燃料组件上管座的理论坐标。标准状态指堆芯中各已装燃料组件均没有产生变形时，此时上管座均处于理论坐标内，此时上管座中的导向孔与上部构件的导向销完全一一对应，导向孔的坐标与导向销的平面坐标一致。具体应用中，一次拍照可对一组目标燃料组件的上管座进行测量，一次可以只拍摄一个上管座，成像精度高、变形小，以保证测量精度，可靠性高；具体可将图像获取装置的成像中心点移动至指定的高度及指定的坐标点对目标上管座进行拍照，指定坐标点可为目标燃料组件中心的理论坐标点（即目标燃料组件未发生变形时的中心坐标点）。

具体地，将图像获取装置移动至目标燃料组件上方后，工业机读取图像获取装置的目前坐标位，并提取目标燃料组件的理论坐标位，使图像获取装置的目前坐标位与理论坐标位重合，以提高测量精度。

图像获取装置获取实际位置图像后，通过连接线缆将实际位置图像传送至工业机中，以将目标燃料组件的实际位置图像与工业机中的标准参照进行对比，识别实际位置图像中目标燃料组件中上管座的实际坐标，通过工业机计算目标燃料组件的实际坐标与标准参照的差值得到目标燃料组件的实际位置与理论基准位置的偏差尺寸。具体应用中，可在工业机中预设各坐标下或特定坐标下的标准参照，特定坐标可为堆芯中各燃料组件的中心坐标等。具体应用中，可通过测量和实验确定堆芯中各燃料组件在未变形的状态下各上管座的理论坐标。通过理论坐标与实际坐标的对比，并根据图像获取装置与上管座之间的纵向距离及图像获取装置的相关参数，便可得出目标燃料组件上管座的实际位置与标准理论位置的偏差。若偏差值在设置范围内，上部构件导向销可顺利卡入上管座的导向孔内，导向销与导向孔之间不会产生卡涉的现象。若偏差值超过设定范围，工业机可以产生警报，例如，工业机可自动识别并提示超差±9mm的燃料组件，为后续紧急处理位置超差预案争取时间。这样，可加强大修装料后对堆芯中已装载的燃料组件上管座正确就位情况的监测，以及时发现异常情况，并可在异常情况及时进行检测和检查，为后续堆芯的上部构件回装及其他操作提供依据，必要时可对相关的燃料组件进行更换或进行重新装载等其他相关操作。在保证测量精度的情况下，测量过程简便、高效，避免了上管座中导向孔与堆芯的上部构件中导向销之间的位置偏差过大，使上部构件中导向销可以顺利地卡入上管座中导向孔，防止上部构件的导向销与燃料组件上管座中的导向孔之间产生卡涉的现象，保证了大修的关键路径；在吊起上部构件时，不会因上管座相对标准坐标位置偏移过大而使燃料组件被上部构件带起，规避了风险，安全可靠性高。

工业机及连接于工业机的控制器，可用于基本信息输入，例如机组号、当前测量的目标燃料组件的号码、大修编号等；还可用于实现视频效果调节，例如调节亮度、对比度、色度等；还可用于实现功能操作，例如录像开始功能、录像停止功能、测量功能及测量框旋转功能；还可用于实现结果模拟显示等功能，通过测量得到堆芯各燃料组件相对标准参照点（原点）的偏移量及模拟图，输出并显示至与工业机连接的监视器上。

具体应用中，考虑到上管座的外形尺寸为213mm×213mm，上管座成像占90%的情况下，图像获取装置离上管座的距离u=β×f；其中，β为放大倍率，f为焦距，u为物距。计算得物距u为443.75mm；在未细分的情况下，实际位置图像中每个像元代表实际距离为0.4mm，通过四细分模块后，每一个亚像元代表实际距离为0.1mm，测量精度可达3至5个亚像元，因此测量精度要求0.3至0.5mm。

具体地，于将图像获取装置沉入堆芯的冷却水中之前，先将图像获取装置的成像中心调整至与图像获取装置的物理中心点重合，无需转换相对坐标，利于避免出错，安全性佳，测量结果准确可靠。具体应用中，可于图像获取装置的制备过程中，将图像获取装置的成像中心调整至与成像装置的物理中心点重合，当然，也可以于维护将图像获取装置的成像中心调校至与成像装置的物理中心点重合。

具体地，于将图像获取装置沉入堆芯的冷却水中之前，操控装料机的夹爪夹持于与图像获取装置的支撑架上，由装料机的夹爪带动支撑架和图像获取装置。装料机可为堆芯中现有的燃料装载装置，目前，装料机用于将燃料组件吊起并装载于堆芯中完成装料，或用于将燃料组件从堆芯中卸出完成卸料。操作人员可以精确控制装料机夹爪的水平坐标和纵向坐标，以使夹爪带动图像获取装置移动至目标燃料组件的上方及移动至所需的高度上。支撑架的外形可与燃料组件上管座的形状相同，支撑架的夹持位可与燃料组件上管座的夹持位相同，以直接利用现有的用于装卸燃料组件的装料机，无需额外添置其它设备，可靠性高。具体应用中，图像获取装置的尺寸不大于215mm×215mm×1000mm，以与现有装料机的卡爪相匹配，充分利用了现有设备。当然，图像获取装置及支撑架上的夹持位也可根据具体情况而定，均属于本发明的保护范围。

具体地，装料机的夹爪理论坐标与图像获取装置的成像中心点重合。无需转换相对坐标，算法简便，利于避免出错，安全性佳，测量结果准确可靠。若装料机的夹爪理论坐标与图像获取装置的成像中心点不同，需要进行坐标的转换，运算过程和校验过程相应增加，算法不够简便。

具体地，于获取目标燃料组件的实际位置图像之前，在每次测量中，图像获取装置以堆芯围板的一个转角的物理坐标为参照原点进行零点标定，并于工业机中产生堆芯虚拟理论坐标线和边框线，确定各燃料组件的理论坐标位并形成标准参照。本实施例中，根据摄像系统成像原理，成像距离与图像的显示大小成一定的比例利用这一原理，通过换料机使图像获取装置下沉至一定高度，进行标定、再经过软件进行图像处理、校正成像畸变等因素的影响，便可确定此高度下燃料组件上管座的实际大小。将堆芯围板的左上角为参照原点，该点是物理坐标，不会发生偏移，保证测量基点的准确性。当然，也可选用其它不会发生偏移的物理坐标为参照原点。这样，可准确地确定各堆芯各燃料组件的标准理论坐标，使图像获取装置的成像中心点可以准确移动至相应目标燃料组件的标准理论坐标上对该目标燃料组件进行拍照，以获取目标燃料组件上管座的实际位置图像，以向后续图像识别对比提供准确的信息来源。

具体地，在进行零点标定后，保持图像获取装置的高度不变，将图像获取装置移动至目标燃料组件的上方，对目标燃料组件的上管座进行拍照，将拍照获得的实际位置图像中目标燃料组件的边框线与标准参照的边框线对比，得出目标燃料组件上管座的最终实际偏移量。

具体地，于获取目标燃料组件的实际位置图像之前，先对图像获取装置进行标定，以消除行、场扫描过程中由于电路输出原因所造成的图像畸变。标定包括以下步骤，获取摄像机标定位图，对图像进行二值化处理，对图像进行中值滤波，对图像进行闭运算，对图像进行点阵特征提取和校正。

具体应用中，（1）二值化处理过程如下：提取标定特征点的图像坐标,首先要在复杂背景环境下,将靶标图案区域P A0从F1(x,y)中提取出来。根据靶标图案的特性,各椭圆点和带斜角的边框为黑色,背景色为白色,且均为连通区域。因此，可先采用大津法获取分割阈值,再对F1(x,y)进行二值化处理,并将其转换为黑白二值图像F2(x,y)。

（2）中值滤波：在图像获取过程中，由于成像条件、光照不均匀、光电转化过程的噪声、脉冲干扰、A/D转换带来的误差等因素的影响，所采集的图像通常带有噪声信号。因此在图像处理之前，需先进行噪声滤除。图像的平滑去噪处理主要通过邻域平均法、中值滤波、频域滤波等方法实现。本系统采用中值滤波法，具有去噪能力强、边界细节保持好、处理速度快等优点。中值滤波采用一个含有奇数个点的滑动窗口，将窗口中心点的值用窗口内各点的中值代替。其功能是使与周围像素灰度值的差比较大的像素用与周围像素值接近的像素替换，从而可以消除孤立的噪声点。它不是简单的取均值，产生的模糊比较少。对于二维图像数据f(i，j),中值滤波的输出fm(I，j)为：fM(x,y)=Med{f(i，j)}，其中i，j在所选定的滑动窗口内。

（3）闭运算：闭运算是数学形态学的方法进行疵点轮廓边界缺损补偿，其运算公式为：B·S=（B+S）×S。其包含有两个步骤，第一步是膨胀，第二步是腐蚀。对目标先膨胀再腐蚀。该方法具有填充细小空洞、链接邻近物体、在不明显改变物体面积和现状的情况下平滑边界的作用。其中B+S={x,y|SxyIB≠φ}指S对B的膨胀运算，即结构元素S的原点位移到（x,y）后与B交集非空的所有点结构的集合。膨胀是一个扩展过程，起到连通知填补空洞的作用。而B×S={x,y}SxyB}指S对B的腐蚀运算，即结构元素S的原点位移到（x,y）后，S完全包含于B的所有点构成的集合。腐蚀运算是一种收缩运算，缩小目标面积，扩张空洞。经膨胀-腐蚀这一闭运算后的效果，轮廓得到补偿，同时不产生全局的几何失真，疵点边界得到明显改善。

（4）点阵特征提取：获取边界。首先,采用轮廓提取算法对点阵进行轮廓提取,得到点阵轮廓,再采用八邻域边界跟踪算法,对点阵的各轮廓边界进行轮廓跟踪。每跟踪得到一条边界,求得其链码表和线段表,并将其各像素的像为255,然后,继续扫描跟踪下一条边界,直至点阵轮廓中各像素的像素值均为255,扫描完成。最后根据轮廓计算出各点阵中心点坐标。

（5）图像校正：将上述点阵坐标输入标定模块，获得摄像机各内、外参数，再读入被标定图像，根据参数进行校正。在上管座测量过程中由于背景及目标比较复杂，因此采用模板匹配的方法对目标销孔定位测量。考虑到目标在视场中变化较小，因此只在左上角和右下角两个子区域中作模式匹配，这样可以增加匹配的成功率和准确度。

通过这样的处理，可克服或减小堆芯中冷却水流扰动、换料机伸缩套筒的低频晃动、燃料组件周围温度分布不均匀、水下光照度和测量仪器本身误差对测量精度的影响，测量结果准确可靠。

具体地，获取目标燃料组件的实际位置图像包括以下步骤，进行视频图像转换，进行图像采集，对图像进行处理。用于完成对所摄取的视频图像的处理与数字图像的转换，同时计算机系统将处理数据可按设定算法进行运算，得到上管座位移量。对视频图像还可进行人工事后处理：通过手动测量与自动计算，同时计算机系统自行对该图像的进行数据处理，即可得到组件的上管座位移量。

具体地，于获取目标燃料组件的实际位置图像之后，通过工业机截取实际位置图像中上管座的上管座成像范围。具体地，在工业机中设置一虚拟截取框，通过在工业中调整虚拟截取框的位置，使该虚拟截取框与实际位置图像中上管座的上管座成像范围完全重合。若虚拟截取框与上管座成像范围不能完全重合，即虚拟截取框大于或小于上管座成像范围，则表明获取目标燃料组件的实际位置图像这一过程有误差，这样，有利于发现误差并减小误差，可靠性高。

具体地，于图像获取装置获取目标燃料组件的实际位置图像后，使实际位置图像中的目标燃料组件上管座的导向孔处于成像区域的预定区域内，对实际位置图像中的预定区域进行模板匹配，模板匹配包括搜索实际位置图像中对应上述预定区域处的成像位置，以识别上管座的导向孔在图像中的位置和坐标。

本实施例中，通过设置一个预定区域，使上管座分设于对角线两端处的两个导向孔分别位于实际位置图像的左上角和右下角两个预定区域内。这样，在进行图像匹配时，只需搜索实际位置图像左上角和右下角两个区域内的目标导向孔，无需对背景复杂度较高的实际位置图像进行全图区域搜索，通过这种采用固定区域子图模板匹配，大大降低了识别的难度，相应地降低了算法的复杂度，可快速确定目标导向孔的位置和坐标，且有利于提高和保证匹配的准确度，安全可靠性高。具体地，流程如下，先读取实际位置图像，调用图像校正模块，进行中值滤波、对图像做square root运算，调用模板匹配，获得销孔中心坐标。

核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法还包括软件数据处理与管理，可由工控机完成。计算机对数字化处理后的视频图像，按一定的数学模型计算出上管座位移量。为了便于下次对某一组件的各种信息的提取与参考，每一燃料组件的上管座位移量可与该燃料组件的相关信息（如燃料组件编号、卸料顺序等通过键盘输入，上管座位移量系统自动记录和保存）一起贮存在系统中并建立数据库，以为后续大修、装卸料等工作提供参考。

具体应用中，于图像获取装置获取上管座的实际位置图像时，可通过照明灯控制器开启灯光并控制灯光的亮度，以得到较清晰的图像，利于提高测量的精度和可靠性。

具体应用中，可于支撑架上设置用于防止图像获取装置与堆芯中围板或燃料组件相干涉的防撞保护装置，防撞保护装置可设置于支撑架外周处，若防撞保护装置与堆芯的围板或堆芯中的燃料组件相干涉，防撞保护装置可及时使驱动图像获取装置的夹爪停止移动，防止误操作，杜绝图像获取装置与堆芯的围板或堆芯中的燃料组件相撞，安全可靠性高。

测量完成后，工业机中生成堆芯各燃料组件相对标准参照点（原点）的偏移量及模拟图，输出并显示至与工业机连接的监视器上。

具体地，测量方法流程图如图1所示，耐辐射摄像机经过视频滤波模块、视频调理模块、视频放大模块、图像实时采集卡连接于PXI控制板，其中PXI控制板上还连接有字符叠加卡、灯光控制器和图像压缩卡。PXI控制板分别与图像实时采集模块、字符采集模块和图像压缩模块。图像实时采集模块、字符采集模块和图像压缩模块均连接于PXI中央控制器，操作人员通过用户操作系统操控图像处理系统和PXI中央控制器。

如图2～图4所示，本发明实施例还提供了一种核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统，包括用于拍摄堆芯中目标燃料组件上管座并获取目标燃料组件上管座实际位置图像的图像获取装置1、用于将实际位置图像与标准参照进行对比并根据对比结果计算出燃料组件上管座的实际位置偏差的工业机，图像获取装置1通过线缆和连接器连接于工业机。工业机上可连接有主控制器，当然，主控制器也可集成于工业机上。图像获取装置1可连接于摄像机控制器。可以理解地，摄像机控制器可集成于主控制器上。图像获取装置1获取实际位置图像后，通过连接线缆将实际位置图像传送至工业机中，以将目标燃料组件的实际位置图像与工业机中的标准参照进行对比，识别实际位置图像中目标燃料组件中上管座的实际坐标，通过工业机计算目标燃料组件的实际像素与标准参照的差值得到目标燃料组件的实际位置与理论基准位置的偏差尺寸。

通过理论坐标与实际坐标的对比，并根据图像获取装置1与上管座之间的纵向距离及图像获取装置1的相关参数，便可得出目标燃料组件上管座的实际位置与标准理论位置的偏差。若偏差值在设置范围内，上部构件导向销可顺利卡入上管座的导向孔内，导向销与导向孔之间不会产生卡涉的现象。若偏差值超过设定范围，工业机可以产生警报。这样，可加强大修装料后对堆芯中已装载的燃料组件上管座正确就位情况的监测，以及时发现异常情况，并可在异常情况及时进行检测和检查，为后续堆芯的上部构件回装及其他操作提供依据，必要时可调整偏移量过大的燃料组件上管座的位置，或者，对相关的燃料组件进行更换或进行重新装载等其他相关操作。在保证测量精度的情况下，测量过程简便、高效，避免了上管座中导向孔与堆芯的上部构件中导向销之间的位置偏差过大，使上部构件中导向销可以顺利地卡入上管座中导向孔，防止上部构件的导向销与燃料组件上管座中的导向孔之间产生卡涉的现象，保证了大修的关键路径；在吊起上部构件时，不会因上管座相对标准坐标位置偏移过大而使燃料组件被上部构件带起，规避了风险，安全可靠性高。

具体地，如图2～图7所示，图像获取装置1包括水下摄像机12和支撑架11，水下摄像机12固定连接于支撑架11。支撑架11可呈壳体状或架体状；支撑架11可纵向设置，其下端设置有开口，水下摄像机12固定于支撑架11内，且成像镜头朝向支撑架11的下端设置。支撑架11内固定设置有摄像机座13，水下摄像机12通过锁紧件固定连接于摄像机座13上。支撑架11内还固定设置有配线盒。支撑架11上端可固定设置有吊环。

更具体地，如图2～图7所示，支撑架11的外形与装料机的夹爪相匹配；水下摄像机12的成像中心与装料机的夹爪的理论坐标重合。装料机可为堆芯中现有的燃料装载装置，目前，装料机用于将燃料组件吊起并装载于堆芯中完成装料，或用于将燃料组件从堆芯中卸出完成卸料。操作人员可以精确控制装料机夹爪的水平坐标和纵向坐标，以使夹爪带动图像获取装置1移动至目标燃料组件的上方及移动至所需的高度上。支撑架11的外形可与燃料组件上管座的形状相同，支撑架11的夹持位可与燃料组件上管座的夹持位相同，以直接利用现有的用于装卸燃料组件的装料机，无需额外添置其它设备，充分利用了现有设备，可靠性高。

进一步地，如图2和图3所示，支撑架11上固定设置有照明灯具2，核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统还包括用于控制照明灯具2的照明灯控制器。本实施例中，照明灯具2为防水灯具，其设置有多个且以水下摄像机12的成像镜头为圆心周向布置，照明灯具2的朝向与水下摄像机12的成像镜头的朝向相同。照明灯具2可连接于电源驱动箱。照明灯控制器上设置有电源指示灯，其可指示恒流、过热等状态。恒流表示电源处于恒流状态，过热表示电源过热，如果电源指示灯变亮则自动启动电源驱动箱的制冷风扇。照明灯控制器上设置有照明灯电压显示屏和电压调节旋钮，调节范围为0至220伏。

进一步地，如图2～图5所示，支撑架11上设置有用于防止图像获取装置1与堆芯中围板或燃料组件相干涉的防撞保护装置，防撞保护装置包括凸出于支撑架11外周壁且可控制装料机的拨扭开关3，拨扭开关3电连接于装料机的控制器。于图像获取装置1与堆芯中围板或燃料组件等物件相干涉前，拨扭开关3可先与围板或燃料组件等物件相接触，使拨扭开关3的状态改变，从而可使装料机及时停止，避免防撞保护装置与其它物件相撞。

优选地，如图2～图5所示，支撑架11的外形呈矩形状，拨扭开关3设置有四个且分设于支撑架11外形的转角处，拨扭开关3包括拨杆，拨杆与支撑架11相应转角处两个侧面之间的夹角均大于90度。这样，无论防撞保护装置从哪个方向靠近于其它物件，拨杆均可及时动作并改变状态，从而可使装料机及时停止，避免防撞保护装置与其它物件相撞。

具体地，核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统还包括用于控制图像获取装置1的摄像机控制器，摄像机控制器电连接于图像获取装置1和工业机。摄像机控制器可控制摄像机焦面的大小、选择自动或手动调整光圈、调整光圈大小、进行手动对焦。

进一步地，核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统还包括用于获取装料机坐标的坐标识别摄像机，坐标识别摄像机可对准于装料机坐标的显示屏上，以将取装料机坐标信息传送至与主控器连接的监视器上。

本发明所提供的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法和系统，其通过优异、简便的算法，可得出目标燃料组件上管座的实际位置与标准理论位置的偏差，能准确、高效、精确地得出每组燃料组件的绝对实际位置偏差，误差可控制在1mm范围内，测量精度高，能够给大修换料的成功性给出一个量化标准，对不同燃料组件的变形及位置偏差分布分析起着重要作用，对装料合格性有重要的指导意义。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法，其特征在于，包括以下步骤，将图像获取装置沉入堆芯的冷却水中并将图像获取装置移动至目标燃料组件上方，通过图像获取装置拍摄堆芯中目标燃料组件的上管座以获取目标燃料组件的实际位置图像，将目标燃料组件的实际位置图像与工业机中的标准参照进行对比，通过工业机计算目标燃料组件的实际坐标与标准参照的差值，得到目标燃料组件的实际位置与理论基准位置的偏差尺寸。

2.如权利要求1所述的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法，其特征在于，于将所述图像获取装置沉入堆芯的冷却水中之前，先将所述图像获取装置的成像中心调整至与所述图像获取装置的物理中心点重合。

3.如权利要求1所述的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法，其特征在于，于将所述图像获取装置沉入堆芯的冷却水中之前，操控装料机的夹爪夹持于与图像获取装置中的支撑架上，由装料机的夹爪带动所述支撑架和图像获取装置。

4.如权利要求3所述的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法，其特征在于，所述装料机的夹爪理论坐标与所述图像获取装置的成像中心点重合。

5.如权利要求1所述的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法，其特征在于，于获取目标燃料组件的实际位置图像之前，所述图像获取装置以所述堆芯围板的一个转角的物理坐标为参照原点进行零点标定，并于工业机中产生堆芯虚拟理论坐标线，确定各燃料组件的理论坐标位并形成标准参照。

6.如权利要求5所述的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法，其特征在于，在进行零点标定后，保持图像获取装置的高度不变，将所述图像获取装置移动至目标燃料组件的上方，对目标燃料组件的上管座进行拍照，将拍照获得的实际位置图像中目标燃料组件的边框线与标准参照的边框线对比，得出目标燃料组件上管座的最终实际偏移量。

7.如权利要求6所述的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法，其特征在于，将所述图像获取装置移动至目标燃料组件上方后，所述工业机读取所述图像获取装置的目前坐标位，并提取目标燃料组件的理论坐标位，使所述图像获取装置的目前坐标位与理论坐标位重合。

8.如权利要求1所述的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法，其特征在于，于获取目标燃料组件的实际位置图像之后，通过所述工业机截取实际位置图像中上管座的上管座成像范围。

9.如权利要求1所述的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法，其特征在于，于获取目标燃料组件的实际位置图像之前，先对所述图像获取装置进行标定，标定包括以下步骤，获取摄像机标定位图，对图像进行二值化处理，对图像进行中值滤波，对图像进行闭运算，对图像进行点阵特征提取和校正。

10.如权利要求1至9中任一项所述的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量方法，其特征在于，于所述图像获取装置获取目标燃料组件的实际位置图像后，使实际位置图像中的目标燃料组件上管座的导向孔处于预定区域内，对预定区域进行模板匹配。

11.一种核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统，其特征在于，包括用于拍摄堆芯中目标燃料组件上管座并获取目标燃料组件上管座实际位置图像的图像获取装置、用于将所述实际位置图像与标准参照进行对比并根据对比结果计算出燃料组件上管座的实际位置偏差的工业机，所述图像获取装置通过线缆连接于所述工业机。

12.如权利要求11所述的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统，其特征在于，所述图像获取装置包括水下摄像机和支撑架，所述水下摄像机固定连接于所述支撑架；所述支撑架的外形与装料机的夹爪相匹配；所述水下摄像机的成像中心与所述装料机的夹爪的理论坐标重合。

13.如权利要求12所述的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统，其特征在于，所述支撑架上固定设置有照明灯具，所述核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统还包括用于控制所述照明灯具的照明灯控制器。

14.如权利要求12或13所述的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统，其特征在于，所述支撑架上设置有用于防止图像获取装置与堆芯中围板或燃料组件相干涉的防撞保护装置，所述防撞保护装置包括凸出于所述支撑架外周壁且可控制所述装料机的拨扭开关，所述拨扭开关电连接于所述装料机的控制器。

15.如权利要求14所述的核电站堆芯燃料组件实际位置偏差测量系统，其特征在于，所述支撑架的外形呈矩形状，所述拨扭开关设置有四个且分设于所述支撑架外形的转角处，所述拨扭开关包括拨杆，所述拨杆与所述支撑架相应转角处两个侧面之间的夹角均大于90度。

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